Demir-Karbon (Fe-C) Alaşımları

Transkript

1 Demir-Krbon (Fe-C) Alşımlrı 1

2 Demir-Krbon (Fe-C) Alşımlrı Sıvı (L) δ-ferrit (HMK) Ostenit ( -demir), YMK α-ferrit, HMK 2

3 Fe-C lşımlrınd bileşim ekseni sdece %6,70 krbon ornın kdr österilir. Bu konsntrsyond bir r bileşik oln demir-krbür (sementit: Fe 3 C) oluşur. Dolyısıyl Fe-C sistemi 2 temel bölüme yrılbilir. Demirce zenin %6,70<C<%100 (sf rfit) Prtikte bütün çelikler ve dökme demirler %6,70 den dh z krbon içerir. Dolyısıyl, slınd ynd dikkte lınn fz diyrmı Fe 3 C bir bileşim elemnı olduğundn, Fe-Fe 3 C fz diyrmı olrk isimlendirilebilir. 3

4 C, Fe içinde ryer ktı eriyiği oluşturur. Fz diyrmınd α, δ ve (ostenit) tek fz bölelerini oluşur. HMK α-ferrit içinde krbonun mksimum çözünebilirlik limiti oldukç düşüktür: ğ. %0,022. Bu limitli çözünürlük HMK nın ryer pozisyonlrının şekli ve boyutu ile çıklnbilir. C tomlrının yerleşmesi zorlşır. Oldukç düşük konsntrsyonlrd olmsın rğmen, C tomlrı ferritin meknik özelliklerini etkili derecede iyileştirir. Bu Fe-C fzı nispeten yumuşk olup, 768 o C ltind mnyetik özellik österebilir ve yoğunluğu 7,88r/cm 3 tür. Ostenit () fzı, 727 o C ltınd stbil değildir. Fz diyrmınd 727 o C ltın bkılırs Ostenit () fzı özlenmez. C tomlrının ostenit fzı içindeki mksimum çözünürlüğü ğ. %2,14 dür (1147 o C de). Bu çözünürlük limiti HMK α-ferrit e kıysl yklşık 100 kt dh fzldır. Bunun nedeni, Ostenit () fzının YMK ypısı ile çıklnbilir. Bu ypıdki ryer pozisyonlrı dh büyüktür ve bu syede dh fzl krbon tomu ypıy yerleşebilir. 4

5 Dolyısıyl C tomlrının etrfını srn Fe tomlrın etki ettirdiği şekil değiştirmelerin mertebesi dh düşüktür. Bu özelliklen dolyı, ostenit fzının dhil olduğu fz değişimleri, çeliklerin ısıl işlem uyulmlrınd önem kznır. (Isıl işlem sonucu oluşn difüzyon hızlrı dh yüksek olcktır). Ostenit mnyetik özellliğe ship değildir. δ ferrit fzı, α-ferrit e benzerdir. Sdece dh yüksek sıcklıklrd bu dönüşüm mümkündür. Dolyısıyl, δ ferrit fzı çok yüksek sıcklıklrd stbil olbildiğinden, teknolojik çıdn bir öneme ship değildir. 727 o C ltınd krbonun α-ferrit içindeki mksimum çözünürlük limiti şıldığınd, sementit (Fe 3 C) (Demir-krbür) oluşur: (diyrmd Fe 3 C+α bölesi) Sementit, 727 o C ile 1147 o C rlığınd ostenit içinde de mevcuttur: (diyrmd Fe 3 C+ bölesi) Sementit meknik olrk çok sert ve kırılndır. Bzı çeliklerin dynımlrı bu syede çok rtırılbilir. 5

6 Sementit (Fe 3 C) (Demir-krbür) metstbil bir ypıy shiptir. Diğer trftn, od sıcklığınd bir bileşim elemnı olrk sonsuz dek klbilir. Anck, 650 o C ile 700 o C rlığınd yıllrc ısıtılck olunurs, yvş yvş α-ferrit ve rfit formun yrışbilir ve od sıcklığın soğutulduğund bu formunu koruybilir. Bu yrışm uç derecede yvş erçekleştiğinden, erçekte çelikteki tüm krbon rfit formund değil Sementit (Fe 3 C) formunddır. Bzı özel durumlrd, dökme demirlere Si ilve edilerek bu yrışm hızı önemli derecede hızlndırılbilir. Fe-Fe 3 C sisteminde 1 ötektik nokt mevcuttur. 6

7 Diyrmd, ğırlıkç %0,76 C ornınd (727 o C de) ise bir ötektoid invrint noktsı mevcuttur. Ötektoid fz değişimleri, çeliklerde ısıl işlem uyulmlrının temeli olmsı bkımındn çok önemlidir. 7

8 Demir-Krbon (Fe-C) Krbon İçeriklerine Göre Alşımlrının Sınıflndırılmsı Demir lşımlrınd Fe n bileşendir ve bunun ynınd C yd diğer lşım elementleri bulunur. Demir lşımlrı içerdikleri C miktrın öre sınıflndırılır: Sf Demir: C<%0,008 Od sıcklığınd HMK ferrit Çelikler: %0,008<C<%2,14 Pekçok çelikte mikroypı α ve Fe 3 C fzlrındn oluşur. Bileşimi bu rlıkt oln demir lşımlrınd, od sıcklığın doğru erçekleşen soğum sürecinde γ fzı bölesinden eçmek zorunddır. Bu durumlr bğlı olrk tipik mikroypılr oluşur. Bir çelik lşımı%2,14 C içerebilmekle berber, prtikte C içerikleri %1 i ndiren eçer. Dökme Demirler: %2,14<C<%6,70 Ticri dökme demirlerde enellikle C<%4,5 dir. 8

9 Fe 3 C (sementit) Demir-Krbon (Fe-C) Alşımlrınd Mikroypı Gelişimleri 2 önemli nokt - Ötektik (A): L + Fe 3 C - Ötektoid (B): +Fe 3 C 1600 d T(ºC) (ostenit) B +L 1148ºC L A +Fe 3 C 727ºC = Tötektoid L+Fe 3 C 600 +Fe 3 C 120 mm Sonuç: Perlit= α ve Fe 3 C fzlrının oluşturduğu değişken tbklr (Fe) %C Fe 3 C (sementit: sert) (ferrit: yumuşk) 9

10 Ötektoid dönüşüm hkkınd çıklm: Ötektoid değişimde, ostenit (γ) fzı bölesindeyken, C tomlrı YMK östenit içinde tm çözünürlüğe shiptir ve ryer tomu olrk pozisyonlrını korurlr. Ötektoid dönüşüm sıcklığın elindiğinde ise sıcklığın düşmesinden dolyı östenit (γ) fzı, HMK α-ferrit fzın dönüşür. Anck htırlylım ki, α-ferrit içinde C tomu çözünürlüğü oldukç düşük idi (%0,022). Bu durumd, dh yüksek sıcklıkt YMK östenitin kfes ypısı içinde yer bulbilen C tomlrı, α-ferrit ypısınd yrışck ve yeni bir fz oluşturcktır. Bu oluşn yeni fz sementit dir. Sonuç olrk, ötektoid dönüşüm sonucund oluşn mikroypı şekillerde de österildiği şekilde lmelli ypıy ship oln α+fe3c fzlrın ship olcktır. Bu durum bir sonrki slytt şemtik olrk çıklnmy çlışılmktdır. 10

11 C tomlrının difüzyon yönü küçük oklrl österilmektedir. α-ferrit ypısın ktılmyn C tomlrı bu bölelerden uzklşrk%6,70 C ornın ship sementit içine doğru difüzyon uğrrlr. Östenit tne sınırı Dolyısıyl perlitik ypı, tne sınırındn henüz reksiyon irmemiş östenit tnesinin içine doğru ilerler. Sonuçt, şekildekine benzer lmelli perlitik ypı oluşur. Sementit (Fe 3 C) Perlitik ypının oluşum yönü Krbon difüzyonu 11

12 Perlit: α fzı içinde yrışmış Fe 3 C (sementit) fzı: Lmelli ypıd Düşük büyütmelerde mikroskop ltınd bkıldığınd sedef (perl) örüntüsüne ship olduğundn bu ismi lmıştır: perlite Perlit ypısı, tneler hlinde ( koloni olrk d isimlendirilir) bulunurlr. Her tnede tbklr ynı doğrultud yönlenmişlerdir. Tneden tneye yönlenme doğrultusu değişir. Klın tbklr ferrit fzını oluşturuken, sementit fzı ince lmellr hlinde oluşur ve koyu renk bir örünüme shiptir. Ferrit ve sementit tbklrının röltif klınlık ornlrı yklşık 8/1 ibidir. Meknik bkımdm perlit, yumuşk ve sünek oln α-ferrit ile sert ve evrek oln sementit (Fe 3 C) rsınd özelliklere shiptir. 12

13 Ötektoid Altı ve Ötektoid Üstü Mikroypı Gelişimleri: Ötektoid ltı Ötektoid üstü 13

14 0.76 Fe 3 C (sementit) 1600 d T(ºC) (ostenit) Ötektoidltı Çelik +L 727ºC 1148ºC L + Fe 3 C + Fe 3 C L+Fe 3 C (Fe-C sistemi) (Fe) C 0 %C perlit 100 mm Ötetoidltı çelik perlit Ötektoid öncesi ferrit 14

15 0.76 Fe 3 C (sementit) W = s/(r + s) W =(1 - W ) 1600 d W perlit = W W = S/(R + S) T(ºC) (östenit) r s R S Ötektoidltı Çelik +L 727ºC 1148ºC perlite (Fe) C 0 %C W Fe 3 C =(1 W ) perlit L + Fe 3 C + Fe 3 C L+Fe 3 C 100 mm (Fe-C sistemi) Ötektoidltı çelik Ötektoid öncesi (α ) ferrit 15

16 0.76 Fe 3 C (sementit) Fe 3 C 1600 d T(ºC) Ötektoidüstü Çelik (östenit) +L 1148ºC L +Fe 3 C +Fe 3 C L+Fe 3 C (Fe-C sistemi) C (Fe) %C perlit 60 mmötektoidüstü çelik perlit Ötektoid öncesi Fe 3 C 16

17 0.76 Fe 3 C (sementit) Fe 3 C W =x/(v + x) W =(1-W ) Fe 3 C perlit W perlite = W W = X/(V + X) 1600 d W =(1 - W ) Fe 3 C T(ºC) Ötektoidüstü Çelik (östenit) V v x X +L 1148ºC C (Fe) %C perlit L +Fe 3 C +Fe 3 C L+Fe 3 C (Fe-C sistemi) 60 mmötektoidüstü çelik Ötektoid öncesi Fe 3 C 17

18 Örnek Problem: Ötektoid dönüşüm sıcklığının hemen ltınd %99.6Fe- %0.40C çeliği ile ilili şğıdki sorulrı cevplyın: ) Fe 3 C ve -ferrit bileşimlerini belirleyin. b) 100r çelik içindeki sementit (Fe 3 C) miktrını r olrk hesplyın. c) 100r çelik içindeki perlit ve ötektoid öncesi -ferrit miktrlrını hesplyın. 18

19 Fe C (sementit) Çözüm: ) RS bğ çizisini kullnrk: C = wt% C C Fe3 C = 6.70 wt% C b) Mnivel kurlı kullnılrk: W Fe3 C R R S C 0 C C Fe3 C C r çelikteki Fe 3 C mikt.: T(ºC) 1600 d R 600 (östenit) +L L 1148ºC + Fe 3 C 727ºC S + Fe 3 C L+Fe 3 C = (100 )W Fe3 C = (100 )(0.057) = 5.7 r C C 0 %C 19 C Fe C 3

20 Fe C (sementit) Çözüm (devm): c) Ötektoidin hemen üzerindeki VX bğ çizisini kullnrk: W perlit C 0 = 0.40 wt% C C = wt% C C perlit = C = 0.76 wt% C V V X C C 0 C C lşımdki perlit mikt. T(ºC) 1600 d (östenit) V X +L 727ºC 1148ºC L + Fe 3 C + Fe 3 C L+Fe 3 C = (100 )W perlit C = (100 r)(0.512) = 51.2 r C 0 C %C 20

21 T ötektoid (ºC) C ötektoid (%C) T ötektoid değişimi: Çeliğin Diğer Elementlerle Alşımlndırılmsı C ötektoid değişimi: Ti Mo Si W Ni Cr Ni Cr Mn Ti Si Mo W Mn Alşım elemnı ğırlık yüzdesi Alşım elemnı ğırlık yüzdesi 727 o C %0,76 21